Qorvo PAC系列高集成度電機控制芯片及應(yīng)用

眾所周知，Qorvo是一家專注于創(chuàng)新射頻解決方案的提供商，公司針對移動設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、國防和航天等市場提供一整套的射頻解決方案，全球擁有8000名員工，在北京和山東德州建設(shè)有工廠。

作為一家以技術(shù)創(chuàng)新為導(dǎo)向的公司，Qorvo的產(chǎn)品線分為基礎(chǔ)設(shè)施與國防產(chǎn)品、移動產(chǎn)品兩個部門。主要的增長點放在GaN、IoT和5G等市場。根據(jù)市場的發(fā)展方向，Qorvo還會通過收購去擴充其增長點，如最近收購的、專注于UWB芯片的Decawave，就是典型的范例。通過這種多元化的發(fā)展，Qorvo在過去多年里保持公司的穩(wěn)定增長。

在2019年5月，Qorvo收購了Active-Semi，組建了可編程管理部門，專注于電源管理與電機驅(qū)動芯片的開發(fā)與設(shè)計。日前，Qorvo技術(shù)銷售經(jīng)理胡洋洋參加了一場無刷直流電機控制技術(shù)研討會，給大家分享了Qorvo PAC系列高集成度電機控制芯片及應(yīng)用。

胡洋洋指出，Qorvo PAC芯片是用于三相電機控制的高集成度的產(chǎn)品，它能在降低PCB的尺寸和成本的同時，還能提升系統(tǒng)的可靠性，還能縮短系統(tǒng)的開發(fā)時間，被廣泛引用于三相電機控制等領(lǐng)域。

胡洋洋進一步以下圖為例，說明了Qorvo PAC的高集成度。他指出，下圖是傳統(tǒng)的三相直流無刷電機的電路框圖，通常會有AC-DC，DC-DC、MCU、三個gate-driver、運放和功率器件等元器件組成。但Qorvo PAC的器件是將下圖虛線框中的器件，都封到了一個芯片里去。相對于傳統(tǒng)的分立器件或者IPM方案，這樣的方案可以節(jié)省更多的器件，整體的BOM成本也會更低，還能滿足驅(qū)動器的小尺寸和高可靠性要求。

“我們的PAC產(chǎn)品適用于以電池供電和市電供電的應(yīng)用場合，功率以中小功率為主，當中包冰箱、洗衣機、空調(diào)風(fēng)機、電吹風(fēng)，以及鋰電供電設(shè)備等應(yīng)用”，胡洋洋指出。具體如下圖所示。

下面介紹一下PAC架構(gòu)和差異化的特點。

從胡洋洋的介紹我們得知，這是一個以Cortex-M0（50Mhz）/Cortex-M4F（150Mhz）內(nèi)核的MCU為中心，外圍集成了電源管理模塊、柵極驅(qū)動模塊，還有專有的可配置模擬前端組成，有10bit 1MSPS或者12bit 2.5MSPS的選擇，可編程電源部分則采用了一個高性能的“All in one”的電源管理器，集成支持高達600V的開關(guān)電源控制器，可以配置為Flyback、高壓Buck或SEPIC拓撲，集成多路線性穩(wěn)壓器用于芯片內(nèi)部供電。在接口方面，則支持UART、SPI、I2C和CAN等。

值得一提的是，PAC集成的馬達控制專用柵極驅(qū)動器是和PWM是聯(lián)動的，那就意味著系統(tǒng)在使用過程中如果碰到過流故障，兩者的聯(lián)動可以幫忙切斷輸出，對功率部分做出快速的保護動作。他進一步強調(diào)，這種集成的方案和滿足驅(qū)動器小尺寸、低成本以及高性能的要求，還能降低產(chǎn)品生產(chǎn)過程中和使用過程中的返修率。

更多詳細信息參考下圖所示。

來到PAC產(chǎn)品系列介紹方面，胡洋洋指出，如下圖所示，PAC系列能提供對48V、70V、160V和600V電壓支持的產(chǎn)品。正如前文所說，系統(tǒng)還提供了Arm Cortex M0和Cortex M4F 兩種內(nèi)核的方案選擇。其中600V的產(chǎn)品是針對如冰箱壓縮機驅(qū)動、洗衣機或者風(fēng)機、空氣凈化器等220V交流供電的應(yīng)用專門來設(shè)計的；160V的產(chǎn)品非常適用于園林工具；70V的產(chǎn)品適用于園林工具，電動工具和一些手持的吸塵器等應(yīng)用；40V產(chǎn)品則適用于24V以內(nèi)供電的應(yīng)用，如手持式電鉆等。

“我們是業(yè)內(nèi)高集成度電機控制產(chǎn)品線最全的公司，我們未來也會根據(jù)客戶的不同需求持續(xù)推出新的產(chǎn)品”，胡洋洋說。

“對于電機驅(qū)動類開發(fā)來說，上游的供應(yīng)商需要盡量多提供一些便于工程師開發(fā)的資源，這樣有助于加速他們產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計，這也是Qorvo專注于解決的”，胡洋洋說。他指出，Qorvo在PAC系列產(chǎn)品方面，除了硬件資料外（包括產(chǎn)品設(shè)計），還會提供馬達控制的算法（提供上位機的GUI以供調(diào)試使用）。來到MCU SDK方面，在提供Arm標準庫以外，Qorvo還根據(jù)其芯片的資源特點，額外提供了一些固件庫和參考設(shè)計例程。甚至在面對一些有認證需求的客戶，Qorvo也能提供相關(guān)軟件包。當然，IDE和編譯器的支持是必有的，Qorvo還引入了第三方的支持（包括先進的算法和Turnkey的解決方案等），進一步簡化開發(fā)者的設(shè)計。

“對于一些類似風(fēng)機和水泵這些負載比較穩(wěn)定的應(yīng)用，開發(fā)者可以基于我們的無感FOC固件庫進行開發(fā)”，胡洋洋說。這個方案的具體特性和優(yōu)勢如下圖所示。

胡洋洋指出，在一個電機控制軟件開發(fā)中，電機參數(shù)的匹配和環(huán)路的調(diào)試會耗費我們很多時間。針對這個問題，Qorvo在PAC FOC固件版本FOC 4.2以后增加了Auto-Tuning功能，可以實現(xiàn)更加簡化的電機控制參數(shù)調(diào)試，以加速項目開發(fā)進程。具體組成如下圖所示：

“通過這些自動化的調(diào)試過程，我們可以將原來需要兩到八個小時的工作簡化到30分鐘左右，加速產(chǎn)品開發(fā)進程”，胡洋洋說。

隨后，胡洋洋首先介紹了Qorvo PAC在變頻壓縮機驅(qū)動中的應(yīng)用。

他進一步指出，與競爭對手相比，Qorvo 的PAC方案在控制板尺寸方面節(jié)省了50%，PCBA成本方面也降低了40%，在待機功耗方面（通過進入冬眠模式），更是只有0.1W。這都是其他對手所無法比擬的。

此外，電動工具/園林工具、吸塵器/高速吹風(fēng)筒也都是Qorvo PAC的典型應(yīng)用場景，方案的具體優(yōu)勢如下圖所示：

為了體現(xiàn)Qorvo PAC方案的優(yōu)勢，胡洋洋還提供了使用了Qorvo方案的吸塵器整機的測試效果。首先看方案測試波形，如下圖所示，Qorvo的方案讓設(shè)備在 500ms內(nèi)實現(xiàn)從PAC上電到全功率運行。實測的最高轉(zhuǎn)速也達到要求的12萬轉(zhuǎn)每分鐘。

在恒功率性能測試方面，如下圖所示，在電池電壓下降的情況下，驅(qū)動器功率穩(wěn)定在176W，波動在1W以內(nèi)。在不同口徑下（負載變化），驅(qū)動器功率控制依然穩(wěn)定，這同樣能夠滿足客戶的要求。